聚羧酸系減水劑在高速鐵路預制梁中的應用

余強

摘? 要：該文針對魯南高鐵臨沂東梁場對預應力梁混凝土的技術要求，以混凝土的工作性能、力學性能及耐久性能為目標，尤其以耐久性為核心，進行了C50預應力梁的混凝土配合比設計。通過采用性能優良的聚羧酸系高性能減水劑、低水膠比的技術路線，成功配制出高工作性能、良好的力學性能以及優異的耐久性能的預應力梁混凝土。最終該混凝土在臨沂東梁場得到了成功的應用，取得了良好的效果。

關鍵詞：聚羧酸系高性能減水劑;高性能混凝土;力學性能

中圖分類號：TU528? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

0 引言

隨著現代社會的迅猛發展，建筑工程對混凝土也提出了更高的要求，從以前僅關注高性能，逐漸向兼顧綠色環保的方向發展。為滿足時代發展的需要，各單位在混凝土創新方面不斷加大投入力度，推動了高性能混凝土技術的快速發展。高性能混凝土作為一種新型的高技術混凝土，其主要是通過現代混凝土技術制作而成，較普通混凝土來說，其性能顯著提高，其中耐久性是其主要設計指標。高性能混凝土在實際應用中會根據具體項目的用途要求采用高效外加劑，從該文來說，在魯南高鐵臨沂東梁場的建設中，設計采用聚羧酸系減水劑。

1 高性能混凝土

1.1 高效外加劑——聚羧酸系減水劑

高性能減水劑是高性能混凝土的核心部分，現利用的是第三代高性能減水劑——聚羧酸系減水劑，聚羧酸系減水劑不僅可以增強混凝土的耐久性、體積穩定性、保塑性、抗滲透性等性能，其本身還具有與環境友好的特點，因此近年來得到了普遍的認可與應用，其在提高混凝土性能的技術中發揮了重要作用。隨著近年來高鐵的快速發展，考慮到高鐵建設的需要，我國在聚羧酸系高性能減水劑中的投入不斷加大，推動其研發與應用。基于高速鐵路高速動載荷和沖擊力大的特點，要求高速鐵路具有高耐久性、高保塑性以及高抗滲透性等性能，為滿足高速鐵路的建設需求，高速鐵路的建設大比例采用混凝土高架橋，此外，隨著不斷的探索研究，近年來，也采用無砟軌道CRTS-III型板取代有砟軌道線路，并發現，在實際應用中得到了很好的應用效果。高架橋梁中梁體結構具有不可忽視的作用，梁的材料選擇以及制備在高架橋梁的整體設計中都是非常重要的，鑒于高架橋梁的主要材料為混凝土，混凝土的高性能顯得至關重要，其也成為混凝土設計的主要目標。

1.2 混凝土配合比設計技術條件及參數

根據《高速鐵路預應力混凝土簡支梁》TB/T3432—2016的規定，擬定如下混凝土設計參數。1）設計混凝土強度等級：C50。2）混凝土抗滲等級：大于P20。3）混凝土電通量：小于1000C。4）混凝土要求坍落度：180 mm～220 mm。

1.3 減水劑的性能

由于減水劑在提高混凝土性能方面起到關鍵作用，在實際應用減水劑之前一定要保證減水劑符合各方面的要求，為此，要進行減水劑多方面的性能檢測，其中，主要的檢測項目包括水泥凈漿流動度、硫酸鈉含量、氯離子含量、總堿量和減水率等，在檢測過程中，要求嚴格按照檢查流程進行，檢測結束后，對比檢測結果的標準要求查看檢測數據是否符合要求，如果各項均符合要求，可以進行減水劑的添加，若其中含有不合格項則需要進行減水劑的優化，待各項均達標后再進行使用。

2 混凝土配合比和性能

2.1 混凝土混合比

混凝土的配合比直接影響了混凝土的性能，從混凝土配合比設計技術條件和參數要求可以看出，合理的配合比設計完成后，混凝土不僅具有高工作性和高強度性，還要具有高耐久性。在混凝土配合比設計時，想要滿足其強度和耐久性要求就要保證足夠低的水膠比，但是混凝土單方用水量比較低時，直接使用難以滿足混凝土的工作性要求，基于此，混凝土設計時必須選用一種具有高減水和高保塑性的減水劑才能保證其符合設計性能要求。根據上文提到的減水劑的性能檢測結果，推斷出要想保證各方面性能的合理配合比，應選取減水劑的摻量為1.1%;此外，在混凝土中摻入一定量的摻合料也能改善混凝土的部分性能，該次配合比設計中采用的是粉煤灰單摻的方式。除了減水劑、粉煤灰和基本的水泥、水、石，考慮到混凝土的工作性和穩定性還要加入合適的砂，最后確定混凝土的配合比。

2.2 新拌混凝土的工作性能

檢驗新拌混凝土工作性能的主要指標包括坍落度、擴展度、含氣量、凝結時間和泌水率。混凝土的坍落度包括混凝土的保水性、流動性和黏聚性，其主要表現了混凝土的塑化性和可泵性，其主要影響因素包括級配變化、含水量、水泥溫度等。擴展度主要表現混凝土的流動性，其主要影響因素包括澆筑速度、運輸機械和攪拌時間。含氣量是指混凝土中混有的氣體含量。簡單來說，凝結時間就是指混凝土凝固所需要的時間。泌水率是指泌水量所占混凝土拌合物含水量的百分比，其中泌水量指混凝土拌合物顆粒不能吸收的水量。通過測量新拌混凝土的各種指標，發現混凝土具有較強的坍落度和擴展度的保持能力，含氣量的損失也很小，并且不泌水。表明新拌混合物在初期看來各方面性能很好，為后續混凝土使用創造了良好條件。

2.3 混凝土的力學性能

通過繪制抗壓強度、軸心抗壓強度、彈性模量與齡期的關系，可以看出混凝土的強度質量。我們繪制新拌混凝土的上述關系圖后，發現混凝土的抗壓強度、軸心抗壓強度及彈性模量均隨著齡期的延長呈現增長趨勢，其中，混凝土的抗壓強度還有一個快速增長后基本穩定的階段，快速增長與穩定的分界時間為第十天，比較后發現，第十天以后混凝土的抗壓強度已達到標準，這為現場的施工提供了很好的強度保證。

2.4 混凝土的耐久性

混凝土的耐久性對與于混凝土能否用于工程建筑有著重大的影響，在新拌混凝土中，其配合比實際時基于耐久性主要考慮的因素包括抗開裂性、抗滲透性和抗凍融性3個方面。在將1.1%的聚羧酸系高性能減水劑摻入混凝土后混凝土的抗收縮性能有明顯的提高。此外，聚羧酸系高性能減水劑還能有效改善混凝土水化產物的孔結構，在很大程度上提高了混凝土的抗滲透性和抗凍融性。

3 現場混凝土的應用效果

臨沂東梁場目前已經成功將新拌混凝土應用于箱梁預制，箱梁預制成品表現出的良好效果，表明新拌混凝土的各性能達到預期效果，并保證了施工的進度。從現場的拆模混凝土來看，混凝土構件表面平整光滑，表面氣泡非常少，致密均勻，色調一致，無砂線及砂斑等缺陷，表明混凝土的配合比以及其他一系列設計均符合臨沂東梁場對混凝土的需求標準，現新拌混凝土在全線施工質量中也一直處于領先的地位。

4 結語

通過使用聚羧酸系高性能減水劑，經過配合比優化設計成功配制出高性能混凝土，通過一系列的測試以及最后在臨沂東梁場的實踐應用均表現出，該混凝土的高工作性能、高強度性能以及高耐久性能夠很好地滿足應用要求，此外，拆模后的混凝土也表現出良好的外觀以及很好的力學性能，表明了該通過配合比優化設計出的混凝土在臨沂東梁場具有很好的適用性。

參考文獻

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